Водородная сварка своими руками. Водородно кислородная сварка Водородно кислородная станция принцип работы

Водородно - кислородное пламя имеет хорошую эффективность и является предпочтительной заменой ацетилено-кислородного пламени, для сварки, пайки и резки.

Водородно - кислородная сварка частично заменяет сварку и пайку в среде инертных газов (например, аргона), и в отличии от стандартных способов газосварки, является абсолютно безвредной, так как продуктом горения является водяной пар.

Водородно - кислородный сварочный аппарат можно использовать для широкого спектра обрабатываемых материалов: любой стали, цветные и благородные металлы, чугун, стекло, керамика, золото и т.д.

Для работы водородно - кислородного сварочного аппарата необходима только вода в маленьком количестве (примерно 0,2 литра в час).

Для обеспечения бесперебойной работы водородного сварочного поста, не нужно создавать запасы ацетилена и кислорода в баллонах.

Наш водородный сварочный аппарат позволяет выполнять широкий спектр работ – от сварки, микросварки и пайки пламенем размером с иголку до резки листовой стали толщиной до 10 мм и более. Обычно водородно - кислородная смесь превосходит ацетилено-кислородную по технологическим возможностям, а не просто является её более дешевым заменителем.

Водородный сварочный аппарат может работать непрерывно.

При применении водородно-кислородного пламени уменьшаются затраты на обслуживание рабочих мест, отсутствуют отходы производства, абсолютно безвредно - продуктом горения является водяной пар.

Преимущество этого аппарата перед аналогами

• 1. большая производительность при небольших габаритах
• 2. стабильное давление
• 3. специальная технология изготовления пластин обеспечивает большой ресурс работы
• 4. применение ШИМ (PWM) позволило уменьшить энергозатраты и снизить вес оборудования
• 5. интеллектуальное управление
• 6. Автоматическое и ручное управление
• 7. удобство в использовании
• 8. долговечность и простота обслуживания
• 9. удобное управление мощностью
• 10. широкий спектр применения
• 11. высокое качество при небольшой стоимости
• 12. высокая эффективность и удобство, по сравнению с газобаллонным оборудованием
• 13. один аппарат можно использовать для работ на нескольких рабочих местах одновременно. Аппарат будет самостоятельно подстраиваться под действия персонала, автоматически удерживая нужное давление газа в системе.

Автоматика облегчает переход от использования баллонов к интеллектуальному, современному, экономичному оборудованию. У Вас в руках та же горелка, тот же принцип регулирования расхода газа, прибор сделает все остальное сам.

Сравнение затрат при эксплуатации сварочного оборудования

Стандартное газобалонное оборудование в Украине:

• Стоимость Ацетилен баллона 40 л. – 50$/шт.
• Заправка Ацетилен баллона 40 л. - 40$/шт.
• Стоимость Пропан-бутан баллона 50 л. – 35$/шт.
• Заправка Пропан-бутана 50 л. - 15$/шт.
• Стоимость Кислород баллон 40 л. – 50$/шт.
• Заправка Кислород баллон 40 л. - 6$/шт.
• Редуктор + манометр – 15$.
• Стоимость комплекта с баллоном Ацетилен – 161$.
• Стоимость комплекта с баллоном Пропан-бутан – 121$. (без шлангов, горелок и т.д)

• 1 баллон Ацетилена + 10 баллонов Кислорода = 100$.
• 1,3 баллон Пропан-бутан + 10 баллонов Кислорода = 80$.
• + доставка баллонов, стоимость которой часто превышает стоимость самого газа.

Стоимость водородно-кислородного газосварочного оборудования:

Ориентировочная стоимость – 1300$.

Стоимость расходных материалов за 5 рабочих дней (30 рабочих часов).

Мощность усредненная 2,5 кВт/час

2,5 х 30 = 75 кВт/час (потребление ел. Энергии за 30 часов.)

75 х 0,05 = 3,75. (примерная стоимость ел. Энергии за 30 часов.)

Расход воды 15 л.

15 х 0,1 = 1,5$. (стоимость дистиллированой воды)

3,75 + 1,5 = 5,25$. (затраты на 30 рабочих часов)

Вывод:

Стоимость расходных материалов за 5 рабочих дней (30 рабочих часов).

• Ацетилена + Кислорода = 100$.
• Пропан-бутан + Кислорода = 80$.
• Вода + Эл. Энергия = 5, 25 $.

Срок окупаемости при 5 дневной рабочей неделе составит 1300$ / (100$ - 5.25$) = 14 недель (3,5 месяца)

Спустя 3,5 месяца вы сможете получать дополнительную прибыль 95$ в неделю или 380 дол в месяц!

Характеристики

• Питание - 220 (380)В, 50 Гц
• Потребляемая мощность - 4 кВт
• Давление газа - 0,5 атм.
• Макс. температура пламени - 2600 - 3000 ºC
• Производительность газовой смеси - от 0 до 16,6 л/мин.
• Средний расход воды - 225 см3/ч
• Время непрерывной работы - 8 часов
• Толщина свариваемой стали - от 0,1 до 5 мм.
• Габариты - 695x265x340 мм.
• Масса - 40 кг.

Водород - горючий газ без цвета, вкуса и запаха. В обычных условиях в 14,5 раза легче воздуха. При нормальных условиях плотность водорода составляет 0,09 г/л. Среди газов является самым легким и обладает наибольшей теплопроводностью. Растворим во многих металлах (железе, никеле, платине и др.), мало растворим в воде. В жидком состоянии существует в температурном диапазоне от −252,8°C до −259,2 °C.

Водород наиболее распространен во Вселенной, составляя основную часть звезд и межзвездного газа. На Земле содержится в виде соединений (17% по числу атомов, 1% массовой доли в земной коре), лишь незначительное его количество присутствует в атмосфере в виде простого вещества (около 0,00005% по объему).

Водород получают химическими способами, самыми распространенными из которых являются:

• пропускание водяного пара над раскаленным коксом (t = ~1000ºC):
  H 2 O + C ↔ H 2 + CO;
• взаимодействие водяного пара с метаном (t = ~1100ºC):
  12СН 4 + 5Н 2 О(пар) + 5О 2 → 29Н 2 + 9СО + 3СО 2 ;
• электролиз дистиллированной воды, формальная реакция:
  2H 2 O → 2H 2 + O 2 ;
  поскольку чистая вода почти не проводит электрический ток, в нее добавляют электролиты, например, KOH;
• электролиз водных растворов хлористых солей:
  2NaCl + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + Cl 2 .

Согласно ГОСТ Р 51673-2000 водород газообразный чистый (используемый в том числе для термической обработки металлопродукции) изготавливается трех сортов: высшего, первого и второго. Баллон с водородом окрашен в темно-зеленый цвет, с надписью «Водород» красного цвета (ПБ 10-115-96, ГОСТ 949-73).

Таблица. Характеристики марок газообразного чистого водорода

Водород поставляется в стандартных стальных баллонах вместимостью 40 и 50 л при давлении 14,7 МПа (ГОСТ 949), стальных бесшовных баллонах большого объема (до 1000 л) при давлении 39,2 МПа (ГОСТ 12247), по трубопроводам, а также в специальных крупногабаритных резервуарах для газа - газгольдерах, обычно под давлением не более 10 МПа.

Опасные факторы и меры безопасности при работе с водородом

• водород в смеси с кислородом и воздухом (гремучий газ) пожаро- и взрывоопасен; для водородно-воздушной смеси концентрационный предел распространения пламени составляет 4,12%-75% по объему, для смеси водорода с кислородом - 4,1%-96% по объему;
• температура самовоспламенения смеси водорода с воздухом - 510ºC, смеси водорода с кислородом - 450ºC;
• при дневном свете водородное пламя практически не видимо, поэтому для его обнаружения необходимо применять специальные датчики;
• сжиженный водород при попадании на кожу вызывает сильное обморожение; при испарении сжиженного водорода возможно образование взрыво- и пожароопасных смесей;
• при высоком давлении водород способен оказывать наркотическое действие;
• при высоких концентрациях водород вызывает кислородное голодание и удушье; при работе в его среде необходимо использовать изолирующие противогазы, а помещения оборудовать вентиляцией.

Применение водорода при сварке и резке

Водород получил ограниченное применение:

• при атомно-водородной сварке (как правило, сталей и алюминия толщиной до 5-10 мм);
• как горючий газ для газовой сварки (обычно сталей, алюминия толщиной до 5 мм) и резки ;
• в качестве добавки к аргону, азоту при плазменной обработке .

В последние годы интерес к водороду для газопламенной обработки металлов возрастает благодаря появлению мобильных аппаратов, обеспечивающих получение водородно-кислородной смеси в результате гидролиза воды. При разложении воды электрическим током образуются кислород и водород в соотношении β = 1:2, однако такое пламя является окислительным и не обеспечивает качественного процесса сварки сталей. Чтобы пламя было нормальным (β = 0,25-0,4) газовая смесь в барботере электролизного-водного генератора обогащается парами углеводородных соединений - бензина, ацетона, спирта и др. При использовании бензина температура пламени составляет 2600°C. Исходным сырьем для получения водорода и кислорода служит 5-35%-ный раствор KOH в дистиллированной воде.

Водородно-кислородную сварку выполняют преимущественно левым способом. В качестве присадочного материала применяется сварочная проволока Св08ГС, Св08Г2С, Св10ГС, Св10ГСМ. Легирование кремнием и марганцем обеспечивает раскисление металла сварочной ванны, необходимое из-за избытка кислорода. Для водородно-кислородной сварки и резки выпускаются различные аппараты и установки - «Лига», «Энергия», «Москва» и др.

Фото. Аппараты «Лига-12» и «Лига-02» для водородно-кислородной сварки, пайки и резки методом электролиза воды

Данный вид газопламенной обработки металлов не требует баллонов с газами, экологичен, приводит к сокращению эксплуатационных расходов.

Я давний подписчик вашего журнала, многое использую из напечатанного в нем. Особенно мне понравилась статья «Огонь… из воды», напечатанная в «М-К» № 7, 1980. По описанию изготовил электролизёр, и он стал необходимым инструментом в моей мастерской.

Однако вскоре конструкция вызвала разочарование. Большая (20 кг) масса электролизёра, почти такая же - источника питания, недостаточная для некоторых работ производительность, быстрый нагрев при работе, наличие напряжения на неизолированных электродах, постоянные протечки электролита через стыки, вспенивание и выброс электролита в затвор и горелку, быстрое растворение электродов - все эти недостатки нужно было устранять.

В результате появилась конструкция, избавленная от перечисленных недостатков. Предлагаемый электролизёр работает уже много лет без нареканий. Конструкция его достаточно проста, а многократное облегчение достигнуто за счёт уменьшения расхода материалов (кроме электролита).

Аппарат понравился многим моим друзьям и знакомым, изготовлено ещё несколько экземпляров (названных в шутку «плазмотронами»: название прижилось - наверное потому, что легче выговаривать) различной производительности - от 200 до 500 л/ч газовой смеси. Просьбы помочь в изготовлении электролизёра продолжаются, и я решил написать в ваш журнал.

Устройство электролизёра

Основная часть электролизёра - корпус 1 (рис.1), футерованный внутри диэлектриком 2; в нём установлены внутренние электроды 5, отделённые один от другого резиновыми кольцами 12. По концам корпуса установлены фланцы 3 с концевыми электродами 6, герметичными токоподводами 7 и штуцерами 4. Прозрачные фланцы 3 (из оргстекла) и прорези по краям концевых электродов 6 служат для визуального контроля уровня электролита и процесса электролиза.

Электроды изготовлены из нержавею

modelist-konstruktor.com

Водяная горелка - миниатюрный автоген

Используется принцип получения водорода с помощью электролиза водного раствора щелочи. Благодаря малым наружным габаритам электролизера ему найдется место и на небольшом рабочем столе, а использование в качестве блока электропитания стандартного выпрямителя для подзарядки аккумуляторных батарей облегчает изготовление установки и делает работу с ней безопасной.

Относительно небольшая, но вполне достаточная для нужд моделиста производительность аппарата позволила предельно упростить конструкцию водяного затвора и гарантировать пожара - и взрывобезопасность.

Устройство электролизера

Между двумя платами, соединенными четырьмя шпильками, размещена батарея стальных пластин-электродов, разделенных резиновыми кольцами. Внутренняя полость батареи наполовину заполнена водным раствором КОН или NaOH.

Приложенное к пластинам постоянное напряжение вызывает электролиз воды и выделение газообразного водорода и кислорода.

Эта смесь отводится через надетую на штуцер полихлорвиниловую трубку в промежуточную емкость, а из нее в водяной затвор. Газ, прошедший через помещенную там смесь воды с ацетоном в соотношении 1:1, имеет необходимый для горения состав и, отведенный другой трубкой в форсунку - иглу от медицинского шприца, сгорает у ее выходного отверстия с температурой около 1800° С.

Состав электролизера:

1 - изолирующая полихлорвиниловая трубка 10 мм, 2 - шпилька М8 (4 шт.), 3 - гайка М8 с шайбой (4 шт.), 4- левая плата, 5 - пробка-болт М10 с шайбой, б - плас-. тина, 7 - резиновое кольцо, 8 - штуцер, 9 - шайба, 10 -полихлорвиниловая трубка 5 мм, 11 - правая плата, 12 - короткий штуцер (3 шт.), 13 - промежуточная емкость, 14 - основание, 15 - клеммы, 16 - барботажная трубка, 17 - форсунка-игла, 18 - корпус водяного затвора.

Для плат электролизера я использовал толстое оргстекло. Этот материал легко обрабатывается, химически стоек к действию электролита и позволяет визуально контролировать его уровень, чтобы при необходимости добавлять через наливное отверстие дистиллированную воду.

Пластины можно изготовить из листового металла (нержавеющая сталь, никель, декапированное или трансформаторное железо) толщиной 0,6-0,8 мм. Для удобства сборки в пластинах выдавлены круглые углубления под резиновые кольца уплотнения, глубина их при толщине кольца 5-6 мм должна быть 2-3 мм.

Изоляции пластин, вырезаются из листовой маслобензостойкой или кислотоупорной резины. Сделать это вручную несложно, и все же идеальный для этого инструмент - “кругорез-универсал”.

Четыре стальные шпильки М8, соединяющие детали, изолированы кембриком диаметром 10 мм и пропущены в соответствующие отверстия диаметром 11 мм.

Количество пластин в батарее - 9. Оно определяется параметрами блока электропитания: его мощностью и максимальным напряжением - из расчета 2В на пластину.

Потребляемый ток зависит от количества задействованных пластин (чем их меньше, тем ток больше) и от концентрации раствора щелочи. В более концентрированном растворе ток больше, но лучше применять 4-8-процентный раствор - при электролизе он не так пенится.

Контактные клеммы припаиваются к первой и трем последним пластинам. Стандартное зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов ВА-2, подключенное на 8 пластин, при напряжении 17 В и токе около 5А обеспечивает необходимую производительность горючей смеси для форсунки - иглы с внутренним диаметром 0,6 мм.

Оптимальное соотношение диаметра иглы форсунки и производительности электролизера устанавливается опытным путем - так, чтобы зона воспламенения смеси располагалась вне иглы. Если производительность мала или диаметр отверстия слишком велик, горение начнется в самой игле, которая от этого быстро разогреется и оплавится.

Надежным заслоном от распространения пламени по подводящей трубке внутрь электролизера является простейший водяной затвор, который сделан из двух порожних баллончиков для заправки газовых зажигалок. Достоинства их те же, что и у материала плат: легкость механической обработки, химическая стойкость и полупрозрачность, позволяющая контролировать уровень жидкости в водяном затворе.

Промежуточная емкость исключает возможность смешивания электролита и состава водяного затвора в режимах интенсивной работы или под действием разряжения, возникающего при выключении электропитания. А чтобы этого избежать наверняка, по окончании работы следует сразу же отсоединять трубку от электролизера.

Штуцеры емкостей сделаны из медных трубок диаметром 4 и 6 мм, устанавливаются в верхней стенке баллончиков на резьбе. Через них же осуществляется заливка состава водяного затвора и слив конденсата из разделительной емкости. Отличная воронка для этого получится из еще одного пустого баллончика, разрезанного пополам и с установленной на месте клапана тонкой трубкой.

Соедините короткой полихлорвиниловой трубкой диаметром 5 мм электролизер с промежуточной емкостью, последнюю - с водяным затвором, а его выходной штуцер более длинной трубкой - с форсункой-иглой.

Включите выпрямитель, подрегулируйте напряжением или количеством подключаемых пластин номинальный ток и подожгите выходящий из форсунки газ.

Если вам необходима большая производительность - увеличьте количество пластин и примените более мощный блок питания - с ЛАТРом и простейшим выпрямителем.

Температура пламени также поддается некоторой корректировке составом водяного затвора. Когда в нем только вода, в смеси содержится много кислорода, что в некоторых случаях нежелательно.

О том, как сделать метиловый спирт в домашних условиях, мы описали в этой статье.

Залив в водяной затвор метиловый спирт, смесь можно обогатить и поднять температуру до 2600°С.

Для снижения температуры пламени водяной затвор заполняют смесью ацетона и воды в соотношении 1:1. Однако в последних случаях следует не забывать пополнять и содержимое водяного затвора.

electro-shema.ru

Газосварка | Мастер-класс своими руками

Итак, начнем со сборки самого электролизера. Нам понадобится: 1. Листовая нержавеющая сталь (нержавейка) 2. Резина или пластик 3. Оргстекло или как его еще называют стеклопластик 4. Болты с гайками 5.Герметик 6. Соединительные штуцера и патрубки Начнем. Для начала нарежем пластины нержавейки

После это в пластинах необходимо высверлить отверстия для циркуляции раствора и прохода газа между отсеками

Теперь нарежем изолирующие пластиковые промежутки лучше изготовить их из резины, но у меня не нашлось её и я использовал пластик и силиконовый герметик

Получилось не очень изящно, главное работоспособно. Осталось вырезать боковые основы из оргстекла и можно начинать сборку. Чтобы отверстия для болтов совпадали, рекомендую положить одно на другое стекла высверлить аккуратно по диагонали два отверстия и закрепить шурупами, так при сверлении стекла не будут съезжать

Теперь можно начинать сборку. Начала на оргстекло мажем герметик и укладываем пластик на пластик ложем нержавейку и так далее промазывая все герметикам в итоге у нас получаются такие отсеки для раствора

Самые крайние пластины нужно отвести так чтобы можно было закрепить контакты.

Из за, мягко говоря ошибки в расчетах два болта не вошли. Перед тем как закрывать верхний отсек в стекле необходимо сделать два отверстия вверху для выхода газа и снизу для поддержки уровя раствора

Нижний патрубок нужно соединить с бутылкой, в которую будет заливаться раствор и по принципу сообщающихся сосудов раствор попадет в отсеки

Затем необходимо изготовить водный затвор. Так как из электролизера выходит гремучий газ пламя может легко пойти по трубке и взорвется это происходит всего за долю секунды. Я таким образом потерял три бутылки по 0.5. И так в пробке делается два отверстия в одну заходит трубка электролизера и погружается в воду. Во второе отверстие вставляется трубка горелки

В качестве горелки используется обычный шприц, а именно игла

Для питания используется очень мощный источник постоянного тока, расчет напряжения 2 вольта на пластину нержавейки, ток не менее 7 А. Ток подается на крайние пластины. Теперь осталось самое простое приготовить раствор. В воду добавляется обычная сода в идеале лучше взять NaOH (едкий натрий, каустическая сода) но её не так просто найти, концентрация соды рассчитывается по амперажу ток должен быть в пределах от 4 до 6 ампер (для обычной соды). Прежде чем собирать установку помните, что водород крайне взрывоопасен достаточно маленькой искры, чтобы вызвать взрыв. Температура горения водорода велика и следовательно не горючие газы входящие в состав воздуха сильно расширяются и происходит очень сильный хлопок по этой причине меня два раза глушило на оба уха и вырвало дно у трех бутылок.

Вот и все можно пользоваться.

Вот что произошло с обычным конденсатором. Тушить горелку лучше опустив в воду, а не выключением питания в этом случае происходит взрыв. Повторюсь что температура горения водорода около 2800 град Цельсия следовательно можно плавить все металлы температура плавления которых ниже, а именно: Литий Калий Натрий Кальций Магний Цезий Алюминий Барий Цинк Хром Марганец Олово Железо Кадмий Никель Медь Висмут Серебро Свинец Вольфрам Золото Платина Осмий

Желающим повторить удачи!

Видео с наглядным объяснением:

sdelaysam-svoimirukami.ru

Водородная сварка - основные отличия от стандартных способов сварки

​Водородное пламя является хорошей альтернативой пламени ацетиленовому и активно используется для сварки, резки и пайки различных материалов. В отличие от многих традиционных способов водородная сварка почти безопасна, благодаря тому, что продуктом процесса горения в ней выступает пар. Этот способ считается вариантом газопламенной обработки, использующим смеси из кислорода и горючих газов.

Если просто использовать водород как топливо вместо ацетилена, то произойдет покрытие сварочной ванны толстым шлаковым слоем, а получаемый при этом шов будет отличаться тонкостью и пористостью. Чтобы избежать этого, применяют органические соединения, способные связывать кислород. С этой целью используются такие углеводороды, как бензин, бензол, толуол и другие, подогретые до температуры, составляющей 30-80% от температуры кипения. Нужное их количество минимально, поэтому водородная сварка ценой не сильно отличается от прочих способов газопламенной обработки.

Еще одной сложностью данного способа может служить отсутствие достаточно эффективных источников водорода с кислородом. Газовые баллоны обладают повышенной опасностью в эксплуатации, поэтому их применение нецелесообразно. Значительные концентрации водорода способны вызывать обморожения и головокружение с удушьем.

Особенно опасно в водородном пламени то, что его не видно в дневном свете. Для его обнаружения необходимо применение специальных датчиков. Решить проблему надежности источников газов позволяют специальные аппараты, разлагающие воду посредством воздействия электрической энергии на кислород и водород. Эти электролизеры могут производить оба газа одновременно.

Эти легкие и компактные приборы приходят на смену тяжелому газосварочному оборудованию, применяемому при недоступности источников электроэнергии, что особенно удобно для проведения водородной сварки в домашних условиях.

Оборудование для водородной сварки

Водородные сварочные приборы, обладая разной мощностью, работают от обычной электросети. Они оборудуются традиционной ацетиленовой горелкой, через шланг в которую поступает водородно-кислородная смесь. Регулировка температуры их пламени позволяет устанавливать ее в широком диапазоне (600-2600 ºС). Аппараты можно применять как для ручной, так и автоматической сварки. Их эксплуатация не доставляет сложностей благодаря не слишком большой трудоемкости и отсутствию необходимости в перезарядке.

Обладая компактными габаритами, аппаратура при этом может быть достаточно мощной. Она приводится в режим работы за несколько минут в зависимости от температуры в месте проведения сварки и требуемого расхода газов. При владении основными навыками газопламенной обработки выполнение своими руками водородной сварки не составит труда, а производительность процесса с качеством швов будут не хуже, чем при традиционной сварке.

В отличие от традиционной сварки, использующей в виде основного топливного газа ацетилен, сварка с использованием вместо него водорода не только продуктивна, но и экологически безопасна. Сварка с ацетиленом чревата загрязнением атмосферного воздуха токсичными соединениями, в то время как единственным продуктом от процесса горения в водородном оборудовании выступает совсем безвредный пар.

Также абсолютно безопасны эти аппараты при хранении, транспортировке и в эксплуатации. Ими выполняют не только сварку, но и кислородную резку (ручную или машинную), пайку, порошковую наплавку, термоупрочнение и порошковое напыление. Несколько разных режимов позволяют осуществлять работы в большом спектре от соединения материалов с минимальной толщиной до резки толстолистных сталей. Несмотря на небольшие размеры этих переносных приборов и малую мощность, они позволяют сварку и резку изделий с толщинами до 2 мм как из черных, так и цветных металлов.

Применение водородной сварки

Кислородно-водородная сварка, топливным газом в которой служит водород, широко применяется в изготовлении ювелирных изделий, используется в стоматологии и при ремонте холодильного оборудования. Различные модели водородных аппаратов популярны в сервисных центрах по обслуживанию техники и других закрытых помещениях, где запрещается эксплуатация взрывоопасных кислородных и пропановых баллонов.

Также к преимуществам применения кислородно-водородного пламени стоит отнести сокращение затрат по обслуживанию рабочих мест при соблюдении норм пожарной безопасности и промышленной санитарии за счет полного отсутствия отходов в производстве и абсолютной безвредности продукта горения – водяного пара. Для беспрерывной работы водородно-кислородных приборов требуется только незначительный объем воды. А спектр обрабатываемых ими материалов довольно широк и включает как черные, цветные, благородные металлы со сталями, так и керамику со стеклом.

Представляющая собой электрохимический подвид сварки плавлением, атомно-водородная сварка, происходящая от действия электродуги с водородом, хорошо подходит для соединения чугунных деталей и конструкций из легированных и низкоуглеродистых сталей. Но ее применение в промышленности ограничивается довольно высоким напряжением источников питания, представляющим опасность для жизни людей.

Кроме того, этим способом сварки нельзя пользоваться при работе с медью, латунью, цинком, титаном и рядом других химических элементов, обладающих повышенной активностью во взаимодействии с водородом. При этом высокая активность молекулярного водорода эффективно защищает металлический расплав от негативного атмосферного влияния.

Технология сварки и резки с помощью водорода, в отличие от ацетиленовой или пропановой, позволяет получать довольно чистый срез. Помимо этого в ней отсутствуют вредные выбросы азотной окиси и грата, а металл не поглощает углерод и закаливается.

Водородные сварочные аппараты целесообразно применять при работах, производимых в тоннелях, колодцах и других труднодоступных местах, где запрещается размещение баллонов с пропаном или ацетиленом. Отдельные виды водородного сварочного оборудования позволяют осуществлять сварку даже при отрицательных температурах.

promplace.ru

Сварочный аппарат водородный: зачем нужно подобное оборудование?

Сварочный аппарат – устройство, без участия которого при строительстве, на производстве или в быту задача скрепления металлических деталей будет практически неосуществима. Водородный аппарат для производства сварочных работ – оборудование, достойное внимания, а поэтому постараемся рассмотреть все его полезные качества.

Описание и характеристики водородного аппарата

Водородный аппарат предназначен для резки, пайки и сварки металлов, при этом материалы могут быть цветными и черными. Особенностью такого приспособления является то, что им можно обрабатывать стекло, пластик, кварц и оргстекло. Водородный аппарат послужит отличным помощником в ювелирном деле, в стоматологических целях, на станциях технического обслуживания. Такой сварочный аппарат пригодится в отраслях, где необходим высокотемпературный локальный нагрев.

Сварочный аппарат функционирует на водороде, вырабатываемом внутри устройства. Заполучить водород выходит благодаря расщеплению молекул воды на атомы кислорода и водорода, при этом образуя газовую смесь с высокой потенциальной энергией, используемой для соединительных работ. Для продуктивного функционирования данного оборудования понадобится полтора литра воды (дистиллированной), а также доступ к бытовой электрической сети (220В).

Технические характеристики:

• Питающая сеть – 220В;
• Потребляемая мощность – до 2 кВт;
• Производительность газа – до 480л/час;
• Расход дистиллированной воды – 150 мл./час.

Преимущества:

• Стабильное давление;
• Сварочный аппарат имеет значительную производительность при незначительных габаритах;
• Специализированная технология производства пластин обеспечивает существенный ресурс работы;
• Различные режимы функционирования;
• Удобство применения;
• Удобное управление мощностью;
• Долговечность, а также простота обслуживания;
• Широкий спектр использования;
• Высокое качество и стабильность наряду с незначительной стоимостью;
• Применение ШИМ дает возможность снизить энергетические затраты, снизить массу оборудования;
• Эффективность и удобство при сравнении с газосварочными баллонами;
• Возможность эксплуатации одного оборудования на нескольких рабочих местах одновременно;
• Универсальность.

Как сделать оборудования своими руками?

Водород, как известно, во время смешивания с воздухом способствует созданию взрывоопасной смеси – так называемого, гремучего газа. Температура горения водорода составляет 2800 градусов Цельсия. Целесообразно разобраться в собственноручном производстве такого полезного оборудования, как сварочный аппарат. Постараемся рассмотреть порядок работы и применяемые материалы с инструментами.

Инструменты и материалы:

• Листовая нержавеющая сталь;
• Болты с гайками;
• Оргстекло, либо стеклопластик;
• Резина или пластик;
• Герметик;
• Соединительные штуцера, а также патрубки.

Порядок работы:

1. Начинать своими руками собирать качественный сварочный аппарат следует со сборки электролизера, а поэтому, сначала нарежьте пластины нержавеющей стали;
2. Далее в пластинах стоит высверлить отверстия, предназначенные для циркуляции раствора, прохода газа между отсеками;
3. Следующим образом понадобится нарезать изолирующие пластиковые промежутки, но лучше будет выполнить их из резины;
4. Теперь нужно вырезать своими руками боковые основы из вышеупомянутого материала – оргстекла, после чего можно приступать к сворке оборудования. Для того чтобы для болтов отверстия совпадали, желательно положить одно стекло на другое, после чего высверлить аккуратно по диагонали два отверстия. Далее надо зафиксировать их шурупами;
5. Начинаем собирать сварочный аппарат. На оргстекло следует нанести герметик, уложить пластик на пластик, кладем нержавейку, после чего промазываем герметиком;
6. Наиболее крайние пластины потребуется отвести таким образом, чтобы можно было зафиксировать контакты;
7. Прежде чем как закрывать верхний отсек в стекле, надо выполнить пару отверстий своими руками вверху для выхода газа, а также для поддержки уровня раствора снизу;
8. Нижний патрубок понадобится соединить с бутылкой, в которую будет заливаться раствор. Таким образом, раствор будет попадать в отсеки;
9. Теперь можно приступать к производству водного затвора. Таким образом, в пробке выполняем два отверстия, при этом стоит знать, что в одну будет входить трубка электролизера и загружается в воду. Второе отверстие служит для трубки горелки;
10. Роль горелки может исполнить обыкновенный шприц, то есть игла;
11. Для питания можно использовать мощный источник постоянного тока, расчет напряжения – 2В на пластину нержавеющей стали. То должен приравниваться не менее 7 А, при этом рабочий параметр подается на крайние пластины;
12. В конце можно будет сделать самое главное – приготовить раствор, для чего добавим обычную пищевую соду. Концентрация воды должна рассчитываться по амперажу ток должен находиться в пределах 4-6А.

Изучив определенные шаги изготовления устройства, произвести сварочный аппарат, который будет эксплуатироваться при помощи водорода, и в будущем послужит отличную и долговечную службу.

Похожие статьи

goodsvarka.ru

Атомно-водородная сварка | Сварка и сварщик

Атомно-водородная сварка. Плавление металла происходит за счет тепла, выделяемого при превращении атомарного водорода в молекулярный водород, и за счет тепла независимой дуги, горящей между двумя вольфрамовыми электродами.

1 - электроды; 2 - мундштуки горелки; 3 - зона превращения атомарного водорода в молекулярный; 4 - молекулярный водород, поступающий из мундштуков; 5 - зона диссоциации водорода на атомарныйСхема процесса атомно-водородной сварки

Атомно-водородная сварка была изобретена в 1925 г. американцем Лангмюром.

Во время нагревания водорода при соприкосновении его с раскаленной вольфрамовой нитью лампочки, как это имело место в первых исследованиях Лангмюра, происходит диссоциация молекул водорода на атомы.

Особенно интенсивную диссоциацию (61-62% всего нагретого водорода) Лангмюру удалось получить в вольтовой дуге, образованной в атмосфере водорода между двумя вольфрамовыми электродами. Атомное состояние водорода неустойчивое, оно длится доли секунды. Воссоединение атомов в молекулы сопровождается выделением тепла, которое было поглощено при диссоциации.>

Тепловой эффект от излучения дуги и от сгорания молекулярного водорода в наружной зоне пламени незначителен по сравнению с эффектом рекомбинации атомов водорода.

Температура атомно-водородного пламени составляет ~ 3700° С, что по концентрации тепла приближает этот способ сварки к сварке в среде защитных газов. Водород при этом способе сварки передает тепло от дуги к изделию вначале за счет поглощения его при реакции диссоциации, а затем путем выделения при рекомбинации атомов водорода. Высокая активность водорода обеспечивает хорошую защиту металла шва от вредного воздействия кислорода и азота воздуха.

При атомно-водородной сварке дуга горит между двумя вольфрамовыми электродами, расположенными под углом. В зону дуги можно подавать чистый водород или азотно-водородные смеси, получаемые при диссоциации аммиака. Питание дуги осуществляется от источников переменного тока. Из-за высокого охлаждающего действия реакции диссоциации водорода и высокого потенциала ионизации водорода напряжение источника питания дуги, требуемое для ее зажигания, должно быть 250-300 В. Напряжение горения дуги 60-120 В. Сила тока дуги 10-80 А.

Широкий диапазон изменения напряжения горения дуги мало сказывается на величине изменения силы тока. Напряжение горения дуги зависит от расхода водорода и расстояния между вольфрамовыми электродами.

Зажигание дуги осуществляется коротким замыканием вольфрамовых электродов, обдуваемых водородом, или, лучше, замыканием электродов на угольную (или графитовую) пластинку при обдувании струей газа, так как в этом случае обеспечивается легкое зажигание дуги и не требуется повышенного напряжения холостого хода источника питания. После зажигания дуги расстояние от концов электродов до поверхности изделия устанавливают в пределах 4-10 мм. Это зависит от мощности атомно-водородного пламени и толщины свариваемого металла.

а - спокойной; б - звенящейФормы дуги

Дуга может быть спокойной (рис. а), когда нет в дуге характерного веера, и звенящей (рис. б), когда веер пламени касается поверхности свариваемого изделия и дуга издает резкий звук. Для спокойной дуги напряжение не превышает 20-50 В и расход водорода 500-800 л/ч, для звенящей дуги - 60-120 В и 900-1800 л/ч соответственно.

При атомно-водородной сварке выполняют следующие виды сварных соединений: стыковые с отбортовкой и без отбортовки кромок, угловые, тавровые и нахлесточные.

Высоту отбортовки принимают равной двойной толщине свариваемого листа. Угловые соединения выполняют с применением присадочной проволоки или без нее. При сварке толщин более 3 мм на стыковых и тавровых соединениях рекомендуется выполнять скос кромок под углом ≥45°.

Обычно атомно-водородную сварку рекомендуется применять для сварки металлов и сплавов толщиной 0,5-5-10 мм. Этим способом хорошо свариваются малоуглеродистая и легированная сталь, чугун, алюминиевые, магниевые сплавы. Хуже свариваются медь, латунь из-за склонности к насыщению водородом и испарению цинка. При сварке алюминия и сплавов на его основе необходимо применить флюсы, состоящие из солей щелочных металлов. Металлы с высокой химической активностью к водороду, например Ti, Zr, Та и др., нецелесообразно сваривать атомно-водородной сваркой.

Атомно-водородная сварка обеспечивает получение сварных соединений со свойствами, близкими к свойствам основного металла.

Техника выполнения швов при атомно-водородной сварке подобна технике газовой сварки, т. е. может быть осуществлена как правым, так и левым методами.

Атомно-водородную сварку можно осуществлять в нижнем и вертикальном положениях, по режимам приведенным в таблице

Режимы (ориентировочные) атомно-водородной сварки

Установка для атомно-водородной сварки состоит из атомно-водородного аппарата, баллона с водородом, водородного редуктора, горелки и пускорегулирующей аппаратуры.

1 - атомно-водородный аппарат; 2 - баллон с водородом; 3 - горелка; 4 - токоподвод; 5 - шланг для подачи водородаСхема установки для атомно-водородной сварки

При горении дуги в смеси водорода и азота в состав установки входит еще баллон с аммиаком, крекер для получения азотно-водородной смеси из аммиака, аммиачный вентиль, водоотделитель и осушитель для газа. Водород с воздухом образует взрывные смеси, поэтому все соединения трубопроводов, вентилей, шлангов должны быть надежными, а помещения, где производится работа, хорошо вентилируемые.

1 - корпус; 2 - сосуд, питающий пост азотно-водородной смесью; 3 - нагреватель; 4 - труба с катализатором; 5 - катализатор; 6 - электродвигатель; I - баллон с аммиаком; II - крекер; III - водоотделитель; IV - азотно-водородный аппаратСхемы крекера (а) и установки (б) для сварки азотно-водородной смесью

При соединении водорода с углеродом в условиях сварочной дуги происходит обезуглероживание металла. Поэтому в производственных условиях вместо чистого водорода применяют смеси водорода с азотом. Для расщепления аммиака на водород и азот используют аппараты-крекеры (см. рис. а), в которых расщепление происходит при 600 °С в присутствии катализатора - железной стружки. Из крекера смесь газов поступает в очиститель (см. рис. б) и далее в осушитель, где азотно-водородная смесь, пройдя слой хлористого кальция, поступает по резиновому шлангу в сварочную горелку.

Технические характеристики аппаратов для атомно-водородной сварки

Известны аппараты для атомно-водородной сварки типа ГЭ-1-2, ГЭ-2-2, АВ-40, АГЭС-75, техническая характеристика которых приведена в таблице.

Атомно-водородная сварка широко применялась в самолетостроении, химическом машиностроении и других отраслях промышленности. В настоящее время из-за значительного прогресса других способов сварки атомно-водородная сварка применяется редко.

weldering.com

Водородная сварка

Сегодня среди всех видов газопламенных обработок все большую популярность получает сварка водородная. Такая газосварочная технология основана прежде всего на процессе электрохимического распада воды на два химических элемента: водород и кислород.

Процедура сварки отличается наибольшей эффективностью и обладает большими преимуществами перед сваркой, где главным элементом выступает соединение кислорода с ацетиленом.

Водородную сварку можно отнести к категории безвредных технологий, так как весь процесс горения основан на единственном элементе - водяном паре. В ходе работы температура горелки может повыситься до 2600°С, а это значит, что данная технология позволит осуществить любую сварку, спаивание или поможет прорезать различные виды черных металлов.

Технология процесса водородной сварки

Так как водородное пламя имеет ряд преимуществ перед ацетиленовым, его чаще используют для прорезания и спайки изделий из металла. Из-за того что в результате горения выделяется водяной пар, такая сварка считается самой безопасной. При использовании в ходе сварки водорода как топливного элемента, на покрытии металла может возникнуть слой шлака большой толщины. Выполняемый при этом сварочный шов будет иметь тонкую толщину и рыхлость. Чтобы избежать этого, в основном используют органические соединения, которые, наоборот, связывают кислород. Для этого лучше применять различные углеводороды (бензин, толуол и др.) и подогревать их до достижения температуры 80% от температуры кипения. При сварке понадобится минимальное количество углеводородов для максимального результата, поэтому она и намного дешевле, чем другая газопламенная обработка.

При использовании водородной сварки не нужно применять газовые баллоны, являющиеся эффективными источниками смеси водорода с кислородом. Дело в том, что они очень опасны при эксплуатации. Когда происходит сварка, водородное пламя совсем не видно при дневном свете. Поэтому для облегчения работы необходимо использовать специальные датчики. Надежность источников газа зависит прежде всего от аппаратов, работа которых возможна при наполненности водой, где с помощью воздействия электроэнергии она распадается на кислород и водород. При помощи таких электролизеров очень просто выполняется электролизная сварка, где в качестве основного элемента соединения деталей используется водородно-кислородная смесь.

В некоторых случаях используется атомно-водородная сварка, представляющая собой электрохимический процесс плавления. Действие достигается в результате нагревания электрической дуги расщепления водорода. По уровню содержания тепла атомно-водородная сварка несколько отличается от ацетиленово-кислородной сварки и других видов сварок. В основном данный вид используется при сварке чугуна или стали. В промышленных предприятиях атомно-водородная сварка применяется в редких случаях по причине высокого напряжения, которое опасно для любого человека.

Современные технологии в последнее время стараются использовать экологически чистые виды топлива, которые не наносят серьезный вред окружающей среде, это требование также относится и к сварочным работам. Ведь важно, чтобы процесс работы был не только эффективным, но и безопасным.

Прекрасной альтернативой ацетиленовому пламени является водородное с использование кислорода. Водородная сварка является отличным способом сваривания разных металлов, она создает прочное соединение, и при этом во время нее не выделяются вредные пары. Но все же перед тем как ее применять не стоит забывать про важные особенности.

Особенности водородной сварки

Сварка водородом относится к безвредным технологиям, потому что во время горения дуги используется только один химический компонент - водород, а точнее водяной пар. Но данное преимущество имеет в себе несколько негативных качеств. К примеру, сверху заготовка может покрываться слоем из шлака. Также сварной шов может получиться слишком тонким.

Для усиления соединения применяются связывающие кислород органические соединения. Наибольшей популярностью пользуются - толуол, бензин или бензол. Они потребуются в небольшом количестве, по этой причине сварка с использование водорода обойдет намного дешевле других газопламенных работ.

Дуга при сварке горит в водородной атмосфере между двумя неплавящимися вольфрамовыми электродами. Из-за того что в дневное время пламя горючего вещества не видно, часто используются специальные водородные датчики. Не стоит применять крупные и тяжелые баллоны с газом, потому что они могут оказывать вредное воздействие на здоровье и могут быть опасными для жизни человека.

Именно этот фактор заставил многих специалистов найти наиболее оптимальное решение - они начали использовать специальные аппараты, которые заполнены водой. Под воздействием электричества жидкость распадается на водород и кислород. Наиболее подходящим стали электролизеры.

Это водородный сварочный аппарат, в котором вода распадается на два составляющих элементами, при этом их количество имеет оптимальные пропорции. После проведения дистиллят через электрический ток происходит процесс диссоциации.

Аппараты, которые применялись ранее, обладали огромными размерами. Устройства, которые могли сварить листы металла с показателем толщины 6 мм, весили около 300 килограмм. Это доставляло массу неудобств, поэтом позже создали передвижные конструкции, которые намного облегчили проведение сварочных работ.

Положительные качества водородной сварки

Водородная сварка, которая проводится своими руками, имеет много положительных качеств, о которых должен знать каждый начинающий сварщик. К самым главным относят:

• При ее проведении не требуется часто перезаряжать сварочный аппарат, это экономит много времени;
• Быстро входит в рабочий режим. На этот процесс может уходить максимум 5 минут в зависимости от расхода газа и показателей атмосферы;
• Обладает повышенной мощностью при небольших габаритах оборудования;
• Имеет экологическую частоту. В отличие от ацетиленовой газовая сварка своими руками с водородом не выделяет пары азота, которые оказывают отравляющее воздействие на здоровье;
• Сварочный аппарат, который применяется при водородном сварочном процессе, обладает высокой пожаробезопасностью;
• Конструкция установки максимально продумана, она позволяет избежать возгорания и взрывов;
• При помощи сварки с водородом можно обрабатывать и сваривать разные виды материалов - разные цветные металлы, чугун, сталь, стекло, керамику;
• После сваривания швы не окисляются;
• Для того чтобы обеспечить бесперебойный процесс сваривания достаточно иметь всего несколько доступных компонента - воду и источник тока.

Какое оборудование используется

Сварка на воде может проводиться своими руками, но для этого требуется подготовить необходимое оборудование. Именно от него зависит качество и прочность сварного шва, а также износостойкость всей конструкции. Наиболее подходящим вариантом будет использование водородно-кислородного сварочного аппарата.

Если рассматривать среди отечественных моделей сварочных устройств, то популярным считается продукт отечественного производителя под названием «Лига». Устройства могут работать от сети с мощностью 220 В. Для них подходит обычная дистиллированная вода, которая используется в качестве топлива.

Ниже имеет краткий принцип действия данного оборудования:

• Через дистиллированную воду проходит заряд электрического тока;
• Ток превращает дистиллят в водород и кислород;
• Полученная смесь проходит через охладитель-обогатитель газа, в нем остается лишняя влага;
• В этом же элементе к водороду добавляется горючее - разные углеводороды, которые часто применяются при сварке (бензол, спирт и другие);
• После этого смесь переходит в горелку;
• Чтобы регулировать мощность в устройстве имеет регулятор тока и гаситель пламени.

Атомно-водородная сварка

Атомно-водородная сварка - это одна из разновидностей водородного сварочного процесса. Во время нее происходит процесс диссоциации - распад молекулярного водорода на атомы.

Для того чтобы произошел распад для молекулы водорода требуется достаточное количество тепловой энергии. Стоит учитывать, что атомное состояние водорода обладает низкой устойчивостью, оно может длиться доли секунды. А уже после этого атомный водород снова переходит в состояние молекулярного.

Во время восстановления происходит выделение большого количество теплоты, именно оно и применяется при проведении атомно-водородной сварки. Тепло требуется для разогревания и плавления свариваемого материала.

Обычно на практике данный процесс проводится с использованием электросварки и двух неплавящихся электродов. А вот чтобы получить требуемый ток для возбуждения дуги можно применять обычное сварочное устройство.

Сварочный процесс с использованием водорода имеет массу нюансов и особенностей, которые важно предварительно изучить. По сути это самый безопасный и надежный способ сварить конструкцию. Тем более данная технология может применять не только для цветных металлов и стали, но и для других материалов.

Атомно-водородная сварка. Плавление металла происходит за счет тепла, выде­ляемого при превращении атомарного водорода в молекулярный водород, и за

счет тепла независимой дуги, горящей между двумя вольфрамовыми электродами.

Тепловой эффект от излучения дуги и от сго­рания молекулярного водорода в наружной зоне пламени незначителен по сравнению с эффектом рекомбинации атомов водорода.

Температура атомно-водородного пламени со­ставляет ~ 3700° С, что по концентрации тепла приближает этот способ сварки к сварке в среде защитных газов. Водород при этом способе сварки передает тепло от дуги к изделию вначале за счет поглощения его при реакции диссоциации, а затем путем выделения при рекомбинации атомов водо­рода. Высокая активность водорода обеспечивает хорошую защиту металла шва от вредного воздей­ствия кислорода и азота воздуха.

При атомно-водородной сварке дуга горит между двумя вольфрамовыми электродами, распо­ложенными под углом (рис. 112). В зону дуги можно подавать чистый водород или азотно-водородные смеси, получаемые при диссоциации аммиака. Питание дуги осуществляется от источников пере­менного тока. Из-за высокого охлаждающего дей­ствия реакции диссоциации водорода и высокого потенциала ионизации водорода напряжение источника питания дуги, требуемое для ее зажигания, должно быть 250-300 В. Напряжение горения дуги 60-120 В. Сила тока дуги. 10-80 А.

Широкий диапазон изменения напряжения горения дуги мало сказывается на величине изменения силы тока. Напряжение горения дуги зависит от расхода водорода и расстояния между вольфрамовыми электродами.

Зажигание дуги осуществляется коротким замыканием вольфрамовых элек­тродов, обдуваемых водородом, или, лучше, замыканием электродов на угольную (или графитовую) пластинку при обдувании струей газа, так как в этом случае обеспечивается легкое зажигание дуги и не требуется повышенного напряжения холостого хода источника питания. После зажигания дуги расстояние от концов электродов до поверхности изделия устанавливают в пределах 4-10 мм. Это зависит от мощности атомно-водородного пламени и толщины свариваемого ме­талла.

Дуга может быть спокойной (рис. 113, а), когда нет в дуге характерного веера, и звенящей (рис. 113, б), когда веер пламени касается поверхности свариваемого изделия и дуга издает резкий звук. Для спокойной дуги напря­жение не превышает 20-50 В и расход водорода 500-800 л/ч, для звенящей дуги - 60-120 В и 900-

1800 л/ч соответственно.

При атомно-водородной сварке выполняют следующие виды свар­ных соединений: стыковые с отбор­товкой и без отбортовки кромок, угловые, тавровые и нахлесточные.

Высоту отбортовки принимаютчрав — ной двойной толщине свариваемого листа. Угловые соединения выпол­няют с применением присадочной проволоки или без нее. При сварке толщин более 3 мм на стыковых и тавровых соединениях рекомендуется выполнять скос кромок под углом 45°.

Обычно атомно-водородную сварку рекомендуется применять для сварки металлов и сплавов толщиной 0,5^5-10 мм. Этим способом хорошо свариваются малоуглеродистая и легированная сталь, чугун, алюминиевые, магниевые сплавы. Хуже свариваются медь, латунь из-за склонности к насыщению водородом и испа­рению цинка. При сварке алюминия и сплавов на его основе необходимо при­менить флюсы, состоящие из солей щелочных металлов. Металлы с высокой хи­мической активностью к водороду, например Ті, Zr, Та и др., нецелесообразно сваривать атомно-водородной сваркой.

Атомно-водородная сварка обеспечивает получение сварных соединений со свойствами, близкими к свойствам основного металла.

Техника выполнения швов при атомно-водородной сварке подобна технике газовой сварки, т. е. может быть осуществлена как правым, так и левым методами.

Атомно-водородную сварку можно осуществлять в нижнем и вертикальном положениях, по режимам приведенным в табл. 28.

Установка для атомно-водородной сварки (рис. 114) состоит из атомно-водо­родного аппарата, баллона с водородом, водородного редуктора, горелки и пуско­регулирующей аппаратуры. При горении дуги в смеси водорода и азота в состав установки (рис. 115) входит еще баллон с аммиаком, крекер для получения азотно­водородной смеси из аммиака, аммиачный вентиль, водоотделитель и осушитель для газа. Водород с воздухом образует взрывные смеси, поэтому все соединения

трубопроводов, вентилей, шлангов должны быть надежными, а помещения, где производится работа, хорошо вентилируемые.

При соединении водорода с углеродом в условиях сварочной дуги происхо­дит обезуглероживание металла. Поэтому в производственных условиях вместо чистого водорода применяют смеси водорода с азотом. Для расщепления аммиака на водород и азот используют аппараты-крекеры (см. рис. 115, а), в которых расщепление происходит при 600 °С в присутствии катализатора - железной стружки. Из крекера смесь газов поступает в очиститель (см. рис. 115, б) и далее в осушитель, где азотно-водородная смесь, пройдя слой хлористого кальция, поступает по резиновому шлангу в сварочную горелку.

Известны аппараты для атомно-водородной сварки типа ГЭ-1-2, ГЭ-2-2, АВ-40, АГЭС-75, техническая характеристика которых приведена в табл. 29.

Атомно-водородная сварка широко применялась в самолетостроении, хими­ческом машиностроении и других отраслях промышленности. В настоящее время из-за значительного прогресса других способов сварки атомно-водородная сварка применяется редко.

Термитная сварка. Источником тепла являются порошкообразные смеси металлов с окислами других металлов - термиты, при сгорании которых проис­ходит обменная реакция по кислороду с выделением значительного количества тепла (экзотермическая реакция). Источником кислорода в термите является

I - корпус; 2 - сосуд, питающий пост азотно-водородной смесью; 3 - нагреватель; 4 - труба с катализатором; 5 - катализатор; 6 - электродвигатель;

I - баллон с аммиаком; II - крекер; III - водоотделитель; IV - азотно-водородный аппарат окисел, а источником тепла (горючим) - металл, входящий в смесь в чистом виде. Необходимым условием для получения теплового эффекта является то, что количество тепла, выделяющегося при сгорании горючего, должно быть больше, чем требуется для разложения окисла. В качестве окислов в термитных смесях используют железную окалину, а в качестве горючих металлов - алюминий, магний. Кроме того, в термит можно вводить легирующие элементы для улучше­ния механических свойств термитного металла и металлический наполнитель - железную обсечку - для увеличения выхода жидких продуктов термитной реакции (стали).

Воспламенение термитной смеси происходит при температуре не ниже 1350° С. Для этих целей применяют термитные спички, которые имеют в головке магниевый термит, развивающий температуру при горении > 1500Q С, и другие переходные составы на основе магниевых порошков, бертолетовой соли, пере­киси бария, а также электрозапальные устройства.

Наибольшее распространение для сварки получили алюминиевые термиты, содержащие 20-25% алюминиевого порошка и 75-80% окалины. Физико­химические параметры термитного процесса приведены в табл. 30,

16 п/р, Ольшанского, т. 1

Термохимические реакции при сгорании термита выражаются следующим образом:

2Al-f-Fe203 = Al203-}-2Fe-f-179,5 кк ал/моль;

2А1 — f-3Fe0==Al203+3Fe4-185,1 ккал/моль.

При сварке стремятся применять термит с наибольшим тепловым эффектом реакции. Это резко сокращает потребность в термите.

Получению максимального теплового эффекта способствуют следующие факторы: высокая химическая чистота компонентов термита; подготовка окисли­теля с содержанием кислорода, по хими­ческому составу близкого к Fe203; пра­вильный выбор соотношения основных компонентов - алюминиевого порошка и железной окалины и весового количества

металлического наполнителя. Наличие в восстановителе примесей Си, Si, Mg, Zn, а в окислителе Mn, Si, S, Р, Сг и др. резко снижает тепловой эффект термитной реакции из-за протекания побочных реакций с меньшей теплотворной способ­ностью. Повышение содержания кислорода в окалине достигается за счет ее об­жига при 900° С в окислительной среде и за счет ее более тонкого измельчения. Наиболее благоприятными по содержанию кислорода являются частички желез­ной окалины размерами 0,25-0,4 мм. Для получения соединения А1203 в про­цессе протекания реакций необходимо постоянное соотношение алюминие­вого порошка и окисла, определяемое коэффициентом стехиометричности со-

става термита Z (рис. 116), который для сварочных процессов имеет значения Z = 0,964 ч — 1,020.

Введение металлического наполнителя в количестве 10-15% массы основных компонентов термита (рис. 117) изменяет температуру процесса за счет потребле­ния части тепла на плавление наполнителя. На параметры теплового процесса термитной реакции оказывают влияние также перемешивание и уплотнение компонентов термита (табл. 31).

Для изготовления сварочного термита используют алюминиевый порошок, содержащий 96,5-99,7% А1; 0,47% Fe; 0,36% Si и ~1% А1203. Железная ока­лина, используемая в термите, является сложным химическим соединением, состоящим из нескольких окислов: от окиси железа Fe203 плотностью 5,1 г/см3 и температурой плавления 1565° С до закиси железа FeO плотностью 5,7 г/см3 и температурой плавления 1420° С. Железная окалина является в основном продуктом отходов горячей обработки стали; она прочно удерживает влагу до 550-600° С.

Стальной наполнитель (гвоздевая обсеч — ка) имеет насыпной вес 1,8-2,2 г/см3; кри­сталлизационная влага и органические вклю­чения устраняются прокаливанием при тем­пературе >600° С. Плотность уплотненного (спрессованного) термита может достигать 3,2-3,4 г/см3. Термит воспламеняется при 1300-1360°С. Теплота реакции для стехиомет­рических составов термита 575-850 ккал/кг.

Шлаковая составляющая термитного рас­плава имеет температуру кристаллизации >1950° С. Термитный металл в сварочной форме распределяется так, %: 72-80 на облив свариваемых деталей, 20-28 на лит- никово-выпорную систему. При термитном процессе возможно легирование ме­талла, которое можно осуществлять через восстановитель, окислитель, металли­ческий наполнитель, ферросплавы, легирующие окислы, введением легирующих элементов в чистом виде. Легирующие элементы, чаще всего в виде ферроспла­вов FeMn и FeSi, вводятся в термит обособленно в отдельных порциях или перемешиваются с шихтой.

На рис. 118 приведено изменение содержания алюминия в термитном ме­талле за время протекания термитного процесса 23 с. За время реакции проис­ходит также изменение в химическом составе металла по содержанию углерода, кремния, марганца. Общим свойством термитного металла является присутствие в его составе алюминия. Пониженное количество алюминия означает присутствие
в термитном металле кислорода, который снижает механические свойства термит­ной стали. Содержание в стали до 0,25-0,40% А1 не влияет на механические свойства термитного металла, а содержание А1 свыше этих величин понижает его прочность.

Термитный металл, полученный при реакции основных компонентов термита, имеет химический состав, %: 0,1 С; 0,08 Мп; >0,09 Si; 0,03 S; 0,03 Р; 0,09 Си; 0,07 А1 и невысокую прочность (ов = 35 — г 40 кгс/мм2, б = 18 — s — 20%). Поэтому при сварке стали необходимо подбирать по составу такой термитный металл, механические свойства которого не отличались бы от свойств свариваемой стали.

При введении легирующих элементов в термит необходимо учитывать их переход в термитный металл; количество легирующих элементов определяется в процентном отношении от основных компонентов термита (табл. 32).

Потери элементов на угар составляют, %: ЗО С; 20 Si; 80 Мп. Изменяя коли­чество вводимых легирующих элементов, можно в широких пределах изменять химический состав и механические свойства термитного металла, так предел проч­ности можно изменять в пределах 40-75 кгс/мм2.

Оптимальные значения измельчения компонентові используемых в сварочном термите, составляют, мм: 0,1-1,0 алюминиевого порошка; 0,05-1,0 железной окалины; 1,0 стального наполнителя; 0,25-0,63 легирующих компонентов.

Компоненты термита взвешивают с точностью ±0,2%, а наполнитель с точ­ностью ±0,5%. Низкокалорийный термит развешивается на порции по 6 и 7,5 кг, высококалорийный - на порции 2,5-3,5 кг; 4-4,7 кг; 5,1-5,5 кг и 6,5 кг. Тигель для сжигания термита показан на рис. 119. В пакет с термитом уклады­вается запорное устройство (рис. 119, б). В зависимости от размеров свариваемого изделия вес термитной порции может меняться от нескольких сотен граммов до нескольких килограммов. Сгорание термита происходит в тигле (рис. 119, а). Тигель имеет корпус из листовой стали с внутренней магнезитовой футеровкой, огнеупорную втулку (штепсель) и крышку.

Для удержания жидкого металла в месте сварки применяют сварочные разъем­ные формы, которые могут быть сырые и сухие. Сырые формы изготовляют на месте работ и предварительно перед сваркой их просушивают. Для изготовления сырых

форм используют кварцевый песок (80-85%) и глину (15-20%). Сухие формы изготовляют из кварцевого песка (92-93%) и жидкого натриевого стекла (8-7%), Литниковую систему выполняют с учетом способа подготовки стыка под сварку, разъема сварочных форм, системы газа и шлакоудаления, зазора в стыке.

Существует несколько способов термитной сварки, которые отличаются тех­нологией процесса и применяемым оборудованием (рис. 120). При использовании термитной сварки давлением торцы свариваемых деталей (рельсов) шлифуют и плотно прижимают один к другому, затем стык зачеканивают по всему периметру. На стык устанавливают формы (рис. 120, а) и через край тигля сливают вначале шлак, а затем термитный металл. Температура стыка в начале процесса равна температуре окружающей среды, поэтому жидкий шлак быстро теряет тепло и, застывая, покрывает стык коркой толщиной до 4 мм. Выливаемый затем термит­ный металл вытесняет оставшийся жидкий шлак в верхнюю часть формы. Затвер­девшая ранее шлаковая корка не допускает приварки термитного металла к основ­ному металлу, однако через нее перегретый термитный металл за 3-4 мин нагре­вает стык до 1400-1450° С. После нагрева производят осадку стыка сжимным прессом, затем сбивают формы и удаляют металлический облив. При этом способе сварки наблюдается значительный рост зерна, что требует применения после­дующей термической обработки. Механические свойства сварного соединения получаются низкими. Способ термитной сварки давлением для рельсов в настоя­щее время почти не применяют. Наиболее распространена сварка способом про­межуточного литья (рис. 120, б). При этом способе торцы рельсов сближают и устанавливают с зазором 12-14 мм, стыку придают конструктивный изгиб на 1,5-2 мм и устанавливают две половинки сварочной формы. На головку рельса устанавливают вкладыш. Закрепленные формы и вкладыши промазывают огне­упорной глиной. В отверстие наружной половинки формы вставляют горелку для предварительного нагрева концов рельсов до 850-900° С. Время нагрева составляет 15-30 мин в зависимости от мощности горелки и типа рельсов.

Термитный металл, расплавленный в тигле за 18-20 с, после выдержки 4-6 с выпускают в форму. Расплавленный перегретый металл оплавляет основ­ной металл у стыка и образует с ним сварное соединение. Через 10-15 мин после выпуска металла формы можно снять. Этот способ также не лишен недостатков: повышенный расход термита, образование литой структуры с дефектами и значи­тельный облив сечения стыка термитным металлом.

При комбинированном способе (рис. 120, в) головки рельсов со вставленной между ними пластиной из малоуглеродистой стали сваривают способом давления, а шейку и подошву рельсов, между которыми имеется зазор, сваривают способом промежуточного литья.

При качественном выполнении технологических операций этим способом сварки прочность стыка может достигать 80 кгс/мм2. Этот способ сварки можно применять при строительстве новых линий и капитальном ремонте, но вследствие громоздкости оснастки и сложности технологии он требует тщательного подхода.

В электромонтажном производстве применяют термитно-тигельную и тер­митно-муфельную сварку (рис. 121).

Термитно-тигельная сварка (рис. 121, а) может быть использована для соединения стальных стержней и полос при выполнении заземляющих устройств в местах, где отсутствует электроэнергия, например при строительстве высоко­вольтных линий. Разработаны оборудование и технология для сварки стержней диаметром 12-16 мм и полос сечением 40 х 4 мм.

Термитно-муфельную сварку применяют для соединения проводов линий связи и электропередачи. При этом используют магниевый термит (25% магния и 75% окиси-закиси железа), который прессуют со связующим веществом в ци­линдрические муфели (рис. 121, б, в, г).

Сварку проводов линий связи диаметром до 6 мм производят с использова­нием полых цилиндрических муфелей. Концы стальных проводов, введенные в муфель, при горении термита разогреваются, частично оплавляются и свари­ваются при сдавливании специальными клещами (см. рис. 121, б). Для соедине­ния неизолированных сталеалюминиевых и медных проводов воздушных электро­линий используют способ термитно-муфельной сварки, когда концы проводов расплавляют в формочке, заключенной в муфель, и затем сдавливают при помощи специального приспособления (см. рис. 121, в). Термитно-муфельную сварку ка-

белей и изолированных проводов с алюминиевыми жилами производят без дав­ления с введением присадочного металла в формочку через специальное отвер­стие (см. рис. 121, г).Разновидностью последнего способа является сварка по тор­цам двух или нескольких алюминиевых изолированных проводов (см. рис. 121, д).

а - термитно-тигельная сварка; б - термитно-муфельная сварка; в - термитно-муфель­ная сварка с осадкой проводов; г - термитно-муфельная сварка с присадкой; д - тер­митно-муфельная сварка по торцам; / - тигель; 2 - термит; 3 - литниковое отверстие; 4 - форма; 5 - стальные стержни; б - термитный металл; 7 - шлак; 8 - сварочное соединение; 9 - термитный муфель (шашка); 10 - провода; 11 - клещи; 12 - тер­митный муфель; 13 - алюминиевый вкладыш; 14 - кокиль; 15 - сталеалюмиииевые провода; 16 - алюминиевый колпачок; 17 - асбестовое уплотнение; 18 - провода алюминиевыми жилами; 19 - литниковое отверстие; 20 - присадочный пруток

Наибольшее применение термитная сварка нашла в городском хозяйстве при строительстве и ремонте рельсовых трамвайных путей, меньше - железно­дорожных путей и железобетонной арматуры в строительстве. Термитную сварку можно применять при ремонте литых стальных и чугунных деталей. Для сварки чугуна используют термит с высоким содержанием кремния (2,5-3,5%), кото­рый необходим для предотвращения отбеливания чугуна. Ведутся работы по тер­митной наплавке изношенных поверхностей.